Bara naturlig försurning. Bilaga 10. Underlagsrapport: Potentiella effekter av klimatförändringar på skogsekosystem

Transkript

1 Bara naturlig försurning Bilaga 10 Underlagsrapport: Potentiella effekter av klimatförändringar på skogsekosystem Salim Belyazid, IVL Svenska Miljöinstitutet AB 1

2 Introduktion Det råder en enighet inom forskarvärlden att klimatet förändras, och att sannolikheten är stor att det kommer att förändras ytterligare i framtiden. Klimatmodeller har visat att både temperaturen och nederbörden kommer att öka i framtiden. Nederbördens fördelning över året kommer också att förändras. Hur det framtida klimatet kommer att påverkas beror på hur utsläppen av växthusgaserna kommer att se ut i framtiden. Ett antal framtida scenarier har utvecklats som beskriver möjliga förändringar i globala utsläppstrender och därmed klimatförändringen. IPCC identifierar en rad möjliga framtida scenarier, av vilka scenario A2 (Bilaga 1) är den mest pessimistiska (Nakicenovic and Swart (Eds.), 2000; Houghton et al. (Eds.), 2001). Enligt Max Planks institut för klimatmodellering, kommer den globala temperaturen att öka med mellan 2.5 C och 4.2 C beroende på scenario (Figur 1). Scenario A2 innebär en ökning i medeltemperatur i Sverige med ungefär 4.8 C till 2100 jämfört med medelvärdet för tidsperioden Temperaturen förväntas öka med mellan 4.66 C (min) och 5.02 C (max). Figur 1: Global medeltemperatur under olika framtida klimatscenarier (bilden från Deutsches Klimarechenzentrum, Nederbörden varierar mellan och inom olika år (Figur 2). 2

3 Figur 2: Medelnederbörd (mm/månad) för perioderna och , Högbränna. För att studera de möjliga effekterna av klimatförändringarna enligt scenario A2, används den dynamiska skogsekosystemmodellen ForSAFE-Veg (Belyazid, 2006; Belyazid et al., 2006; Sverdrup et al, 2007) för att simulera sex skogstillstånd som representerar den stora klimat- och depositionsvariationen i Sverige. Ytor och scenarier Figur 3: Sex skogsytor, utvalda för att täcka olika klimat-, och depositionsregioner i Sverige. 3

4 Sex skogsytor i Sverige valdes ut för att modellera effekterna från klimatförändringar under de kommande 100 åren (Figur 3). Ytorna har även använts för att modellera effekterna från skogsbruk på försurning och andra skogsekosystemindikatorer. Ytorna täcker in klimat- och depositionsgradienten i Sverige. Ytorna Högbränna, Blåbärskullen och Timrilt är granbestånd, medan Brattfors, Höka och Söstared är tallbestånd. Två scenarier studerades: Sce 1- ingen klimatförändring efter år Sce 2- klimatet förändras efter år 2000 i enlighet med klimatscenario A2 som är beräknat av Max Plank-institutets modell (Bilaga 1). Även klimatet före år 2000 är baserat på Max Plank institutets beräkningar. Klimatscenarierna förutsäger en ökning i temperaturen, och en förändring i nederbörd men utan tydlig trend. Modellvalidering ForSAFE-modellen är kalibrerad på markens basmättnad (BS). För att validera modellens utförande, jämförs utvalda modellutdata med mätdata (Figur 4, Figur 5). Överensstämmelsen mellan de modellerade värdena för biomassa, markkol, kväve, C/N kvoten i humus, och marklösningens ph indikerar att osäkerheterna i modellen är relativt små. Figur 4: Modellerad och uppmätt biomassa, organiskt material och C/N kvot i marken. 4

5 Figur 5: Modellerat ph i marklösningen i markprofilen. Punkterna är mätvärden. Modellerade effekter av klimatförändring på biomassa Modellberäkningarna visar en ökad biomassaproduktion under klimatförändringsscenariot (Sce 2). Skillnaden är störst i de norra ytorna, både när det gäller gran- och tallbestånd (Figur 6). Tillväxten främjas framför allt av den varmare temperaturen, som ger en längre tillväxtperiod samt större näringstillförsel genom högre vittringshastighet och ökad nedbrytning av organiskt material. Effekterna på biomassa är störst i de norra ytorna eftersom den låga temperaturen begränsar både nedbrytning och vittring, men förlängningen av tillväxtperioden är den mest avgörande faktorn. Figur 6: Stående biomassa innan skörd vid de två klimatscenarierna. 5

6 Effekter på organiskt material i marken Vinsten i kolfixering i den ökade biomassan (Figur 6) uppvägs av den ökade nedbrytningshastigheten. Medan biomassan ökar betydligt, ökar också förnafallet, men ökningen i det senare syns inte i modellresultatet (Figur 7). Anledningen till detta är att det varmare klimatet leder till en högre nedbrytningshastighet, och därmed minskar markens kol- och kväveförråd. C/N kvoten förändras inte mycket i de centrala och södra ytorna, men ökar i de norra ytorna, båda för gran och tall. Mineraliseringen av kväve bidrar till en ökande biomassatillväxt. Figur 7: Förändringar i organiskt kol och kväve i marken, samt C/N kvoten i förnan vid de två scenarierna. Effekter på alkalinitet och baskatjonshalter i marken Tillgängligheten av baskatjoner ökar under klimatscenario 2. Detta syns speciellt tydligt i de centrala och södra ytorna, både för gran och tall (Figur 8). Både den ökande vittringen och nedbrytningen bidrar till den ökande alkaliniteten i de centrala och södra ytorna. I båda de norra ytorna minskar alla alkalinitetsindikatorer. Detta beror på att den ökande kvävetillgången och längre tillväxtperioden i dessa ytor leder till en så stor ökning i tillväxt att den kräver mer baskatjoner än de som frigjorts på grund av klimatförändringen. 6

7 Figur 8: Alkalinitet och tillgängligheten av baskatjoner ökar i de centrala och södra ytorna, medan den minskar i de två norra ytorna. Effekter i ytvatten Balansen mellan kväve och den ökade tillgängligheten av baskatjoner reflekteras i det avrinnande vattnet. ANC i det avrinnande vattnet ökar under scenario 2 (Figur 9) i de centrala och södra ytorna, men inte i de norra ytorna. Figur 9: ANC i det avrinnande vattnet är högre i de centrala och södra ytorna under scenario 2 medan det inte förändras i de norra ytorna. 7

8 Effekter på markvegetation Figur 10: Förändringar i markvegetationsgrupper i gran- (överst) och tallbestånd mellan scenarierna 1 och 2. "I" indikerar grupper som bara finns i ytorna i scenario 2. Markvegetationen förändras mycket mellan scenario 1 och 2 (Figur 10), särskilt i de norra ytorna. Lavar minskar mycket i de centrala och södra ytorna, och bär (blåbär + lingon) minskar med mer än 70% i de södra ytorna vid scenario 2. Samtidigt är det många vegetationsgrupper som etablerar sig i de norra ytorna, som inte skulle finnas vid scenario 1. Slutsatser Modellberäkningarna indikerar att klimatförändringarna kommer att orsaka en ökad skogstillväxt inom den kommande rotationsperioden. Samtidigt kommer inte markkolförrådet att följa ökningen i biomassan trots att förnafallet också ökar. Detta beror på en snabbare nedbrytningshastighet till följd av klimatförändringen. Vittringen ökar också med klimatförändringen, och detta tillsammans med den ökande nedbrytningen leder till ökande tillväxt. Tillväxten drivs dock av tillväxtperiodens förlängning som sker med klimatförändringen (högre temperatur). I de södra och centrala ytorna, kommer tillgängligheten av baskatjoner att öka, på grund av vittring och nedbrytning, och detta ökar basmättnaden (BS) och markalkaliniteten. Det rinnande 8

9 vattnets alkalinitet kommer också att öka. Klimatförändringen kommer att leda till stora förändringar i markvegetationen, genom att minska bär och lavar i centrala och södra Sverige, och ge förutsättningar för nischer för nya vegetationsgrupper i de norra ytorna. Referenser Houghton, J., Ding, Y., Griggs, D., Noguer, M., van der Linden, P., and Xiaosu, D. (Eds), Climate Change 2001: The Scientific Basis. IPCC, Cambridge Univ. Press, contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Nebojsa Nakicenovic and Rob Swart (Eds.), Special Report on Emission Scenarios of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, UK. pp 570 Sverdrup, H., Belyazid, S., Nihlgård, B., Ericsson, L., 2007: Modelling changes in ground vegetation response to acid and nitrogen pollution, climate change and forest management in Sweden, A.D. Water, Air and Soil pollution, in press. Belyazid, S. (2006). Dynamic modeling of biogeochemical processes in forest ecosystems, Ph.D. thesis, Lund University. Belyazid, S., Westling, O., Sverdrup, H. (2006). Modelling changes in forest soil chemistry at 16 Swedish coniferous forest sites following deposition reduction. Environmental Pollution 144-2, Wallman, P., Svensson, M. G. E., Sverdrup, H. and Belyazid, S. (2004). ForSAFE - An integrated process-oriented forest model for long-term sustainability assessment. Forest Ecology & Management 207(1-2):

10 Bilaga 1. Box TS.1. The Emissions Scenarios of the IPCC Special Report on Emissions Scenarios (SRES) A1. The A1 storyline and scenario family describe a future world of very rapid economic growth, global population that peaks in mid-century and declines thereafter, and the rapid introduction of new and more efficient technologies. Major underlying themes are convergence among regions, capacity building, and increased cultural and social interactions, with a substantial reduction in regional differences in per capita income. The A1 scenario family develops into three groups that describe alternative directions of technological change in the energy system. The three A1 groups are distinguished by their technological emphasis: fossil intensive (A1FI), non-fossil energy sources (A1T), or a balance across all sources (A1B) (where balanced is defined as not relying too heavily on one particular energy source, on the assumption that similar improvement rates apply to all energy supply and end-use technologies). A2. The A2 storyline and scenario family describe a very heterogeneous world. The underlying theme is self-reliance and preservation of local identities. Fertility patterns across regions converge very slowly, which results in a continuously increasing population. Economic development is primarily regionally oriented and per capita economic growth and technological change more fragmented and slower than in other storylines. B1. The B1 storyline and scenario family describe a convergent world with the same global population, which peaks in mid-century and declines thereafter, as in the A1 storyline, but with rapid change in economic structures towards a service and information economy, with reductions in material intensity and the introduction of clean and resource-efficient technologies. The emphasis is on global solutions to economic, social, and environmental sustainability, including improved equity, but without additional climate initiatives. B2. The B2 storyline and scenario family describe a world in which the emphasis is on local solutions to economic, social, and environmental sustainability. It is a world with continuously increasing global population, at a rate lower than in A2, intermediate levels of economic development, and less rapid and more diverse technological change than in the B1 and A1 storylines. While the scenario is also oriented towards environmental protection and social equity, it focuses on local and regional levels. An illustrative scenario was chosen for each of the six scenario groups A1B, A1FI, A1T, A2, B1, and B2. All should be considered equally sound. The SRES scenarios do not include additional climate initiatives, which means that no scenarios are included that explicitly assume implementation of the United Nations Framework Convention on Climate Change or the emissions targets of the Kyoto Protocol. 10